項目文章 | 水柏枝屬染色體水平基因組在中科院一區(qū)發(fā)布

近日，由西南大學、重慶市林業(yè)科學研究院、重慶城市管理職業(yè)學院團隊合作完成的項目成果《?Chromosome-scale?genome?assembly?clarifies?the?mechanism?of?flooding?tolerance?and?evolutionary?history?of?Myricaria?laxiflora》在《科學引文索引》（SCI）一區(qū)TOP期刊上“Industrial?Crops?&?Products”發(fā)表。該研究報道了水柏枝屬染色體水平基因組，并從形態(tài)學、生理學、比較基因組等多個角度揭示了疏花水柏枝在淹沒的環(huán)境適應性和遺傳機制，為檉柳科物種種質資源的保護和資源的開發(fā)利用提供了指導。

文章標題：Chromosome-scale genome assembly clarifies the mechanism of flooding tolerance and evolutionary?history of?Myricaria laxiflora

期刊名稱：Industrial Crops & Products

合作單位：西南大學、重慶市林業(yè)科學研究院、重慶城市管理職業(yè)學院

研究物種：疏花水柏枝

研究方法：基因組學

百邁客生物為該研究提供了基因組測序和部分分析工作。

疏花水柏枝（Myricaria laxiflora），檉柳科，是長江流域天然存在的寶貴植物資源，對淹沒的棲息地具有較好的適應性，每年可以忍受大約五個月的淹沒。洪水對植物的生長、發(fā)育和產量產生負面影響，嚴重時可能導致死亡。全球氣候變化使洪水更加常見和嚴重。研究疏花水柏枝對極端洪澇環(huán)境的適應機制，尋找關鍵功能基因，為種質改良提供理論和遺傳依據。

本研究借助三代PacBio HiFi和Hi-C等技術，構建了高質量染色體水平的疏花水柏枝基因組，最終組裝大小為1.34Gb，contig N50=11.69Mb。二代、三代回比比對率分別為94.14%和99.75%，CEGMA和BUSCO評估分別為93.67%和96.47%，表明組裝的基因組完整性比較高。結合轉錄組預測、同源預測和從頭預測的方式共得到23,719個蛋白質編碼基因。

比較基因組研究發(fā)現疏花水柏枝與苦蕎（F. tataricum）的親緣關系最為密切，大約在65-81百萬年前（Mya）發(fā)生分化；在19.74 ~ 24.60 Mya之間發(fā)生了一次全基因組復制（WGD）， 4dTV分析證實了這一點。在0.15 Mya左右存在一個長末端重復（LTR）插入。這些基因組變化可能與疏花水柏枝在進化過程中所經歷的環(huán)境劇變（如青藏高原隆升）有關?；蚣易宸治鲲@示疏花水柏枝的特有基因家族與能量代謝和信號轉導密切相關；85個基因在疏花水柏枝基因組中經歷了正選擇，這些基因在與氨基酸合成和代謝相關的KEGG通路中顯著富集。

作者通過比較水淹和對照條件下疏花水柏枝形態(tài)、生理和轉錄組學的變化，分析了植物對水淹的適應機制。總體而言，在完全淹沒的狀態(tài)下，疏花水柏枝采用“靜止”的策略。具體來說，在淹水條件下，光合作用減弱，生長停滯，糖酵解被激活，抗氧化酶系統(tǒng)增強。乙烯反應途徑可能是這一過程的調控因子，MlERF-VII基因(Mla11G026380)可能是調控這一過程的關鍵基因。

小 結

本研究成功構建了一個染色體水平的疏花水柏枝基因組，并對其特征進行了分析。進一步結合形態(tài)學、生理學和比較轉錄組學分析評估了該物種適應極端洪水環(huán)境(完全淹沒)的遺傳機制。本研究對疏花水柏枝種質資源的保護和資源的開發(fā)利用具有重要意義。